綠色制造報告

1、Tacal consLMFpfMjn of kjOncan-i I 1S1 H2 I 52.I 272.32S I Hydr*MifcG 1S*P&5O 1 Cc 網(wǎng) 75 *91 1 frOQl t X k 皿r J 4I l 詁ST oirpg KrtHiHni 干式加工 制造業(yè)是推動我國經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，在制造過程中，大量產(chǎn)品的報廢 淘汰帶來嚴重的處理壓力，加快解決廢棄產(chǎn)品處理的資源浪費和二次環(huán)境污染問 題，并推動綠色制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對于解決我國目前存在的資源不足、污染嚴重 等問題有重要的意義。因此現(xiàn)代制造業(yè)不僅要追求高效、優(yōu)質(zhì)、高附加值的經(jīng)濟 效益，也要注重資源節(jié)約、環(huán)境友好、安全

2、健康等問題。 在金屬切削行業(yè)中，冷卻潤滑劑在加工過程中被廣泛使用，冷卻潤滑劑確保 一定的刀具壽命，零件的表面精度和尺寸精度，還能使得斷屑和切屑流動變得更 加容易，圖1是1994的德國冷卻潤滑液的使用量大概是 75491噸，這是根據(jù)出廠價 格定的。潤滑劑的用量超過DM200millon,在1994年的冷卻潤滑劑的總量中，28415 噸用于生產(chǎn)水溶性產(chǎn)品。與水混合形成密度為3%8%的混合物，這批乳液大概 有35500到947000噸，據(jù)估計大概有350000噸的二手乳液和油水混合物以及無法估 量的研磨漿要處理。 Cooling kJbncanl coij 7 - iTIt 圖1德國冷卻潤滑劑的使用

3、量分布 零部件的加工過程必不可少的使用切削液，切削液的使用使生產(chǎn)成本大幅度 的提高。德國汽車行業(yè)調(diào)查表明，與工件相關(guān)的制造成本中，刀具成本僅占2-4%, 冷卻潤滑劑占了 7-17%,比刀具成本高出了好幾倍。如圖2所示 mtniutociLinng ct Eqipminl co-iE Rep* st Energy Cd II lybncvl * addrlionai ccaiil Dijpasil edil Ctfibralwflh uo la 2W * 審畑細8 Cw ii vniftr ine* Mjmudunrbg Th a hijh 片忙卄暑M indstsbi 呼 inwrts 圖2

4、加工過程中的潤滑成本 由于生態(tài)效益和經(jīng)濟效益的驅(qū)動，綠色制造技術(shù)被廣大的學者提了出來。綠 色制造是一種綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代化制造模式，其目標是使得產(chǎn) 品從設(shè)計、制造、包裝、使用到報廢處理的整個生命周期中，對環(huán)境負面影響小、 資源利用率高、綜合效益大，使得企業(yè)經(jīng)濟效益與社會效益得到協(xié)調(diào)優(yōu)化。 對于傳統(tǒng)的機械加工方式而言，干式切削加工方式是最可行的應(yīng)用之一。干 式切削是一種能節(jié)省成本、改善加工工藝的整體性能的重要技術(shù)。干式切削是為 保護環(huán)境、降低成本而有意識地不使用切削液，在無冷液條件下進行切削加工的 方法。干式切削由于沒有切削液，它的實現(xiàn)就需要用性能優(yōu)良的切削刀具、先進 的機床以及輔

5、助設(shè)施替代傳統(tǒng)切削液的作用。只有這樣才能在不使用切削液的情 況下，同時保證被加工件的精度及產(chǎn)品的加工效率其他方面的要求。通過先進的 刀具、現(xiàn)代化機床和合理的工藝相配合，干式加工具有許多優(yōu)越于傳統(tǒng)機械加工 的特點： （1）切屑干凈清潔無污染，易于回收和處理。 （2）省去了切削液傳輸，回收，過濾等裝置及相應(yīng)的費用，簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)， 降低了生產(chǎn)成本。 （3）省去了切削液與切屑的分離裝置及相應(yīng)的電氣設(shè)備。機床結(jié)構(gòu)緊湊，減少 占地面積。 （4）不會產(chǎn)生環(huán)境污染。 （5）不會產(chǎn)生與切削液有關(guān)的安全事故及質(zhì)量事故。 多特蒙德大學（ISF）的機械技術(shù)學院在汽車工業(yè)中采用少量潤滑劑優(yōu)化了鉆 孔工藝。該實驗是在汽

6、車壓鑄鋁合金的齒輪箱工廠進行的，實驗主要測試能在何 種程度上不使用切削液而加工出定位銷孔。過去加工定位銷孔是在加工中采用可 轉(zhuǎn)位鉆頭加工并由外部供給10%勺油水乳液，實驗證明干式切削技術(shù)并不是簡單地 取消切削液就能實現(xiàn)，由于在干式切削過程中缺少了切削液的冷卻、潤滑和排屑作 用,會導致刀具與工件間的摩擦增大、切削溫度升高、粘連加劇和切屑堵塞，從而 造成刀具壽命縮短、加工精度和切削效率的下降。 為克服由于缺少切削液而造成的困難，需要通過開發(fā)和應(yīng)用耐熱的刀具材料 及涂層，設(shè)計合適的刀具幾何形狀，以及通過采用適合于干式切削的機床和選擇相 應(yīng)的切削參數(shù)等措施來解決冷卻、摩擦、排屑等問題。如圖 3是影響干

7、式加工的因 素分布圖。 圖3影響干式切削的因素 干式切削技術(shù)刀具設(shè)計時，要考慮刀具的幾何形狀、材料和涂層之間的兼容 性。就是要在沒有切削液的條件下，創(chuàng)造與濕式切削相同的切削條件。因此，對刀 具提出了更高的要求。 由于干式切削時會產(chǎn)生強烈的摩擦和極高的溫度，所以用于干式切削的刀具 要具有較高的高溫硬度和耐磨性。目前，用于干式切削的主要有超細顆粒硬質(zhì)合 金、立方氮化硼(CBN)、和聚晶金剛石(PCD)、陶瓷和金屬陶瓷等刀具材料。 現(xiàn)今，切削加工可以不采用切削液的原因之一是涂層，涂層的作用在于在刀 具與切削材料之間筑起一道屏障，以阻攔大部分切削熱向刀體傳導，因而能保證刀 具切削刃鋒利，使刀頭硬度不會

8、很快下降，可大大提高其耐高溫性能。因此刀具材 料可通過涂層處理，實現(xiàn)“固體潤滑”來減少摩擦和粘結(jié)，刀具吸收的熱量較少， 能承受較高的切削溫度。如圖4是經(jīng)過改良的氮化鈦涂層刀具加工鑄鐵零部件時， 獲得的表面輪廓的峰高和峰谷之差在1520um之間，遠遠小于允許的38pm，雖 然孔徑比名義孔徑大了 0.02 0.03mm。從這個例子可以看出干式切削不僅可以提 高切削的去除率，還能滿足零部件的質(zhì)量要求。 2ODC two TOW 0 61 m Mdt Hl j 、 Namm fliA / goniiEd chip 倂呦w Doing Througfi holt 卻 ftiti Mjvh Ci4M(AJ

9、SI ItMSi W HC-P TiNailnd 0! 11 S HTHi M nkonm * B ? *ww Diy out WUgE OpcwmBH 4THilry釘 圖4 用涂層刀具干式加工回火鋼 優(yōu)化刀具的幾何角度和提高刀具排除切屑的能力，可在很大程度上減少熱效 應(yīng)的影響 在干式切削中，選定正確的機床和恰當?shù)难b備是很重要的。由于其加工速度很 快,材料又常常較硬，切削溫度較高，因此機床必須剛性好，功率大。同時機床的排 屑、防塵和熱特性也應(yīng)該有較高要求。 為了在干式切削方面取得較好的效果，必須重視切削參數(shù)的選擇，比如主軸轉(zhuǎn) 速、進給量和切削深度等。提高機床轉(zhuǎn)速實際上是縮短了產(chǎn)生熱量的時間以

10、及熱 量傳入工件的時間。在切削過程中如果利用改變斷屑槽的方法不能充分控制切屑 , 而增加進給量通常能得到較好的效果。通常情況下，減少切削深度既可減少刀具與 熱源的接觸面積又可減少切削時的負載。 切削過程中如果沒有使用冷卻潤滑劑，刀具與工件之間會產(chǎn)生強烈的摩擦和 極高的溫度，目前的干式加工中都會使用少量冷卻劑和潤滑劑，因此干式切削加 工理解為在加工過程中可以不用切削液或者使用少量的切削液，圖5是干式加工采 用少量冷卻潤滑劑時刀具的溫度變化圖。 400 300 250 200 150 dry Ck45 (AISI J045) MQl 口 9SMn2 (AISI 1213) A CL Fwit (M

11、l wrtn mam cutbng Tool： HC-P Ck45(AJSr 1D45) |h- 60m/min Cutting ped vE iH- 40 er 11 ftrnm * 02 mm 圖5濕式加工和干式加工的溫度變化 從圖中可以清楚的看到使用少量的切削液可以極大的降低切削溫度，從而大 大節(jié)約加工成本和保護環(huán)境。一般來講，減少切削液的使用可以節(jié)省10%-15%勺 加工成本。目前，歐洲和日本非常重視干式切削加工的研究。歐洲工業(yè)界已逐漸 認識到干式切削加工的優(yōu)勢，在大批量生產(chǎn)中，已有約10%-15%勺加工采用了干 式切削。 追求生態(tài)效益和經(jīng)濟效益是推動干式切削技術(shù)發(fā)展的主要動力，在市場

12、競爭 日趨激烈，環(huán)境保護意識普遍提高的今天，開發(fā)和推行干式切削技術(shù)已成為現(xiàn)代制 造業(yè)的一項迫切任務(wù)。在過去，人們更多地把保護環(huán)境的重點放在了污染物的“末 端”控制和處理上，而忽略了對污染物的全過程控制和預(yù)防。 越來越多的事實表明， 在制造全過程的各個環(huán)節(jié)都有產(chǎn)生環(huán)境問題的可能性，如果從制造的準備階段就 開始對制造的全過程以及生產(chǎn)完成后的產(chǎn)品進行全面的分析評價，對可能產(chǎn)生的 環(huán)境問題事先進行預(yù)測，環(huán)境面臨的危害就會大大減輕，這一點可以說是綠色制造 的核心所在。從這個角度來說，如果能大力推廣干式切削技術(shù)，減少切削液的使用 一方面可以減少切削液對環(huán)境的污染，另一方面可以降低能耗，降低制造成本。因 此可以說干式切削技術(shù)是綠色制造在切削加工中的具體體現(xiàn)和應(yīng)用。 21世紀的綠色制造是制造業(yè)的制造戰(zhàn)略，綠色制造的最終目標是在產(chǎn)品生命 周期中最大限度減小環(huán)境影響和資源消耗。雖然現(xiàn)在有很多的企業(yè)和高校都投入 大量的精力和物力在綠色制造的技術(shù)和產(chǎn)品